JP2000297863A

JP2000297863A - 耐圧用回転軸シール

Info

Publication number: JP2000297863A
Application number: JP11107437A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Obata; 博美小畑; Takeshi Baba; 健馬場; Toshiro Fujii; 俊郎藤井; Hisaya Yokomachi; 尚也横町
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-10-24
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: JP3768722B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧下におけるリップ先端部の変形が少なく
て、摩耗が少なく、シール性が安定し、かつ、耐久性の
優れた耐圧用回転軸シールを提供する。【解決手段】リップ先端部13ｂの内周面がサポート金
具12に保持されると共に、その外周面には補強外被金具
21が付設され、該リップ先端部13ｂが上記両金具12，21
によってサンドイッチ状に保持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸シールに関
し、特にカーエアコン用コンプレッサ等に於ける高圧流
体を密封するのに用いられる回転軸シールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の回転軸シールとしては、
図８に示すようなものが知られている。即ち、この回転
軸シールは、コンプレッサのケース等のハウジング31
と、回転軸32の間に介装され、流体収納室33内の流体や
気体を密封する。

【０００３】その構造は、アウターケース34にゴム製シ
ール部材35が接着され、さらに、螺旋溝付きの合成樹脂
製（ＰＴＦＥ等）の第１シールエレメント36・第２シー
ルエレメント37を、第１インナーケース38・ワッシャ39
・第２インナーケース40等を介して、アウターケース34
内に（かしめにて）一体化されている。

【０００４】ゴム製シール部材35は、流体収納室33側へ
次第に縮径するリップ先端部41を有し、このリップ先端
部41の先端が、回転軸32に対して略線接触状に接触して
密封作用をなす。即ち、静止時は流体収納室33の圧力、
及びリップ先端部41自身のゴム弾性力によって、流体が
完全に密封される。

【０００５】そして、回転軸32の回転時には、リップ先
端部41と回転軸32の摺接部から僅かな漏れを発生する
が、第１・第２シールエレメント36，37の螺旋溝（スク
リュ溝）のハイドロダイナミック効果により上記漏れを
（図８の左方向へ）押しもどし、回転軸シール全体とし
ては密封を行いえる構造である。

【０００６】上述の従来のシールに於て、流体収納室33
の圧力が高い場合、（図８中に矢印Ｐ方向に高圧力が作
用して）リップ先端部41が大きく変形し、回転軸32と面
接触状態となり、密封性（シール性）が不安定となり、
かつ、第１シールエレメント36の密封性（シール性）に
も影響し、早期に漏れが発生するという問題、及び、リ
ップ先端部41の回転軸32との接触部位の摩耗も大きくな
るという問題等があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような問題点を解
決するために、例えば、ゴム材よりなるリップ先端部の
内周面（背面）を補強部材で支持させるようにしたもの
（実公平２-47311号公報）や、リップ先端部を流体収納
室側から補強部材で覆うように構成したもの（特開平６
-58426号公報、実開平４-134962 号公報及び実公平７-2
0449号公報）等々が提案されている。

【０００８】しかし、高圧の冷媒（ＣＯ₂ 等）が使用さ
れる場合には、流体収納室33内は３〜10ＭＰａ程度の高
圧力となるため、リップ先端部の内周面を補強部材で保
持させたり、逆に、リップ先端部を流体収納室側から補
強するのみでは、不十分で、リップ先端部の変形が大き
くなって、面接触となり、摩耗が甚だしくなり、かつ、
シール性が不安定になるという問題があった。また、リ
ップ先端部のシール性が不安定になることによって、そ
の背面（後方）側に設けられているシールエレメントの
密封性も低下し、十分な耐久性を確保することができな
かった。

【０００９】そこで、本発明は、高圧下におけるリップ
先端部の変形が少なくて、摩耗が少なく、シール性が安
定し、かつ、耐久性の優れた耐圧用回転軸シールを提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ハウジングと
回転軸の間に介装され、該回転軸に摺接するシールエレ
メントと、該シールエレメントよりも流体収納室側に配
設されて上記回転軸に摺接するリップ先端部を有するゴ
ム製シール部材と、を備えた耐圧用回転軸シールに於
て、該リップ先端部の内周面がサポート金具に保持され
ると共に、その外周面には補強外被金具が付設され、該
リップ先端部が上記両金具によってサンドイッチ状に保
持されるように構成している。

【００１１】また、ハウジングと回転軸の間に介装さ
れ、該回転軸に摺接するシールエレメントと、該シール
エレメントよりも流体収納室側に配設されて上記回転軸
に摺接するリップ先端部を有するゴム製シール部材と
を、備えた耐圧用回転軸シールに於て、該リップ先端部
は該回転軸の軸心に対して所定の傾斜角度を有し、か
つ、該回転軸の軸心に対して所定の傾斜角度を成す勾配
受け面を有するサポート金具を付設して、該サポート金
具により、上記流体収納室側へ次第に縮径する上記リッ
プ先端部の内周面から上記回転軸と平行な円筒部の内周
面を経て該回転軸に直交する方向に立ち上がる立上り部
の背面を保持させると共に、上記ゴム製シール部材のリ
ップ先端部の外周面から上記円筒部の外周面至る部分を
覆う補強外被金具を付設して、該補強外被金具を、アウ
ターケースの上記立上り部内に設けられた内鍔部に、一
体的に連設するように構成している。

【００１２】あるいは、ハウジングと回転軸の間に介装
され、該回転軸に摺接するシールエレメントと、該シー
ルエレメントよりも流体収納室側に配設されて上記回転
軸に摺接するリップ先端部を有するゴム製シール部材と
を、備えた耐圧用回転軸シールに於て、該リップ先端部
は該回転軸の軸心に対して所定の傾斜角度を有し、か
つ、該回転軸の軸心に対して所定の傾斜角度を成す勾配
受け面を有するサポート金具を付設して、該サポート金
具により、上記流体収納室側へ次第に縮径する上記リッ
プ先端部の内周面から上記回転軸と平行な円筒部の内周
面を経て該回転軸に直交する方向に立ち上がる立上り部
の背面を保持させると共に、上記ゴム製シール部材のリ
ップ先端部の外周面から上記円筒部の外周面を経て上記
立上り部の外面に至る部分を覆う補強外被金具を上記ゴ
ム製シール部材に一体に設けるように構成している。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に基づ
き本発明を詳説する。

【００１４】図１は本発明に係る耐圧用回転軸シールを
示し、例えば、流体収納室33側に高圧の冷媒（ＣＯ₂
等）が作用するカーエアコンコンプレッサ等に使用され
る。即ち、この回転軸シールは、コンプレッサのケース
等のハウジング31と、回転軸32（の外周面）との間に介
装され、高圧の冷媒等の流体を密封するのに用いられ
る。

【００１５】この耐圧用回転軸シールの具体的構成は、
内鍔部２，３を有する金属製アウターケース１と、この
アウターケース１の円筒部４の外周面と内鍔部２の両面
に接着・溶着・焼付等によって固着一体化されたゴム製
シール部材５と、螺旋溝６…付きの第１シールエレメン
ト７・第２シールエレメント８と、第１インナーケース
９と、ワッシャ10と、第２インナーケース11と、サポー
ト金具12と、上記アウターケース１の内鍔部２に一体的
に連設された補強外被金具21と、から成る。

【００１６】ゴム製シール部材５は、ハウジング31の内
周面に弾発的に接して密封作用を成すために（自由状態
では）凹凸波状に外周面が形成された円筒部被覆部５ａ
と、一方の内鍔部２の内外両面を被覆する内鍔外被部５
ｂと、この内鍔外被部５ｂの内周側から流体収納室33側
へ突設されたリップ部13と、から構成されている。

【００１７】このリップ部13は、さらに、回転軸32と平
行な短円筒部（円筒部）13ａと、流体収納室33側へ次第
に縮径するリップ先端部13ｂとから成り、（図１のよう
に）断面“へ”の字状に折曲がった形状である。このリ
ップ先端部13ｂの最先端部14が、後で詳述するように、
装着（使用）状態では回転軸32（の外周面）に線接触状
態で接してすぐれた密封作用を発揮する。

【００１８】サポート金具12は、第１シールエレメント
７とゴム製シール部材５との間に、介装されている。そ
のリップ先端部13ｂの内周面から短円筒部13ａの内周面
を経て（回転軸32に直交する方向に立ち上がる）内鍔外
被部（立上り部）５ｂの背面が、リング状のサポート金
具12によって保持される一方、そのリップ先端部13ｂの
外周面から短円筒部５ｂの外周面に至る部分が補強外被
金具21によって覆われており、リップ先端部13ｂが、
（最先端部14を残して、）上記両金具12，21によってサ
ンドイッチ状に保持されている。

【００１９】図２と図１に示すように、回転軸32の軸心
Ｌに対して、リップ先端部13ｂは10°〜45°の傾斜角度
を有するので、これに対応させてサポート金具12は、上
記軸心Ｌに対して、10°〜45°の傾斜角度θを成すよう
に勾配受け面Ａを有する。

【００２０】具体的には、サポート金具12は、軸心Ｌに
直交する平板部15と、軸心Ｌを中心とする短円筒状の円
筒部16と、から成り、断面略Ｌ字形であるが、その円筒
部16の（流体収納室33側の）先端部16ａを、先端へ次第
に縮径するように折曲部17にて前記傾斜角度θをもって
折曲げて、該先端部16ａの外周面を前記勾配受け面Ａと
している。

【００２１】この折曲部17は、シール部材５の短円筒部
13ａとリップ先端部13ｂの折曲内隅部に対応して密着す
る。そして、図２（Ｂ）に示すように、サポート金具12
の勾配受け面Ａの先端角部にアール状面取り部20を形成
し、圧力Ｐが作用したとき、サポート金具12の先端角部
がリップ部13のリップ先端部13ｂに食い込んで亀裂が入
るのを、効果的に防止できるようにするのが好ましい。

【００２２】一方、リップ先端部13ｂの外周面を覆う補
強外被金具21は、前述したように、金属製アウターケー
ス１の内鍔部２に一体的に連設・形成されている。つま
り、図２（Ａ）（Ｂ）のように、リップ先端部13ｂの外
周面に於て、最先端部14を残して、被覆状に補強外被金
具21が一体的に接着（焼付け）等されている。

【００２３】この補強外被金具21によって、高い圧力Ｐ
…が、直接、リップ先端部13ｂの全体に作用するのを防
ぐことができ、サポート金具12との協働作用によって、
流体収納室33内の圧力が、比較的に高い場合（例えば、
３〜10ＭＰａ程度）においても、リップ先端部13ｂの変
形を少なくして、高いシール性を確保することができ
る。

【００２４】より具体的には、補強外被金具21は、リッ
プ先端部13ｂの全体を覆うのではなく、補強外被金具21
の先端は、回転軸32に線接触するリップ先端部13ｂの最
先端部14を除いた位置まで延設される。言い換えると、
それよりも先端側の外周面には補強外被金具21によって
覆われない露出部13ｃを設け、その露出部13ｃにのみ、
直接、高圧Ｐを作用させ、（サポート金具12との協働作
用によって、）リップ先端部13ｂの最先端部14と回転軸
32との間に、適切な線接触圧の状態を形成し、高い密封
性を確保できるようにしている。

【００２５】このような露出部13ｃを外周面に形成した
リップ先端部13ｂの基部（折曲部17の近傍）の内周面
は、前述したように、サポート金具12の勾配受け面Ａに
保持されているため、リップ先端部13ｂの基部は、サポ
ート金具12と補強外被金具21とにサンドイッチ状に挟ま
れて、内外両側から十分に補強されている。従って、高
い圧力Ｐが作用しても、リップ先端部13ｂの全体に大き
な変形がないため、回転軸32との間に過度の面圧の面接
触状態となることを防止して、リップ部13の早期摩耗を
防ぐことができる。

【００２６】ところで、サポート金具12、第１・第２イ
ンナーケース９，11、ワッシャ10、補強外被金具21及び
アウターケース１の材質は鋼等の金属とし、かつ、第１
・第２シールエレメント７，８はＰＴＦＥ等のふっ素系
樹脂とし、さらに、シール部材５は耐冷媒性を考慮して
ＨＮＢＲを用いるが、特に好ましくは、受圧時の変形を
防止するため（配合によって）ＪＩＳ硬度を87〜96に設
定したものが良い。ＪＩＳ硬度が87未満であると変形が
多くなり、逆に96を越すと弾性がやや不足する。

【００２７】このような耐圧用回転軸シールの製作につ
いては、図１に示したように、ゴム製シール部材５が予
め接着等によって一体化されている（補強外被金具21及
び）アウターケース１の他方の内鍔部３が形成されてい
ないストレート状態（円筒状態）のものに対して、サポ
ート金具12、第１シールエレメント７、第１インナーケ
ース９、ワッシャ10、第２シールエレメント８、第２イ
ンナーケース11を順次嵌込み、その後、かしめ加工にて
内鍔部３を折曲・形成して、全体を一体化すればよい。

【００２８】特に、アウターケース１の内鍔部２には、
予め、開孔22…を形成しておくことによって、ゴム製シ
ール部材５との一体化をより強固なものとし、さらに、
製造時にゴム予備成形品を、内鍔部２を間に介在させて
成形した際に、開孔22…から、内鍔外被部（立上り部）
５ｂの内側への充填を容易とできる。

【００２９】次に、図３と図４（Ａ）は、本発明の他の
実施の形態を示し、この場合、ゴム製シール部材５のリ
ップ先端部13ｂの外周面から短円筒部（円筒部）13ａの
外周面を経て立上り部（内鍔外被部）５ｂに至る部分を
覆う補強外被金具21を、アウターケース１とは分離形成
し、その補強外被金具21と、アウターケース１の内鍔部
２との間に、ゴム製シール部材５の一部を介在させてい
る。なお、この場合、補強外被金具21は、リップ先端部
13ｂと短円筒部13ａの外周面を覆う先端部211と、立上
り部５ｂを覆う基部212 と、が一体的に形成された横断
面略Ｌ字形乃至略Ｊ字形である。

【００３０】この場合においても、リップ先端部13ｂの
外周面先端には、補強外被金具21によって覆われない露
出部13ｃを形成し、前実施の形態と同様に、露出部13ｃ
と対応する最先端部14のリップ部が回転軸32に対して適
切な圧接力の線接触状態となるようにしている。また、
前実施の形態と同様に、図４（Ｂ）に示すように、サポ
ート金具12の勾配受け面Ａの先端角部にアール状面取り
部20を形成して、リップ先端部13ｂにサポート金具12の
先端角部が食い込んで亀裂が入るのを、効果的に防止で
きるようにするのが好ましい。

【００３１】更に、図５と図６は、本発明の別の実施の
形態を示し、この場合、第１シールエレメント７を省略
し、その代わりに、サポート金具12に十分な肉厚寸法Ｔ
を与え、かつ、そのサポート金具12は（図１の折曲部17
等を省略して）先端面をシール部材５のリップ部13の裏
面（背面）側に密着状態に対応する形状となるように勾
配受け面Ａを形成している。

【００３２】この場合にも、図１及び図２に示す実施の
形態と同様な作用効果が得られる。なお、その勾配受け
面Ａが、回転軸の軸心Ｌをなす傾斜角度θは図１及び図
２に示す実施の形態についての説明内容と同様の数値範
囲に設定されるものとし、それ以外の点についても、同
一部材には同一符号を付し説明を省略する。また、図示
は省略するが、この実施の形態に、図３及び図４に示す
実施の形態を組み合わせてもよい。

【００３３】また、図７（Ａ）（Ｂ）は補強外被金具21
の変形例を示し、図７（Ａ）に示す変形例では、補強外
被金具21の先端部211 の最先端をリップ部13の最先端部
14まで延長している。また、図７（Ｂ）に示す変形例で
は、補強外被金具21の先端部211 の最先端をリップ部13
の側に折曲し、その折曲部213 を、リップ部13の最先端
部14の最先端面141 に係止させるようにしている。この
ような構成により、補強外被金具21とリップ部13の剥離
の発生を防ぐことができる。なお、図７（Ａ）（Ｂ）の
変形例は、前述の各実施の形態に、適宜に組み合わせて
適用されてもよい。

【００３４】なお、本発明は、アウターケースやシール
エレメント、サポート金具、補強外被金具等の構成部材
を実施の形態のものに限定するのではなく、少なくと
も、ゴム製シール部材のリップ先端部の内周面がサポー
ト金具に保持されると共に、その外周面に補強外被金具
が被嵌され、該リップ先端部が上記両金具によってサン
ドイッチ状に補強されておればよく、上述の各構成部材
は、使用条件等に応じて適宜に設計変更や改良がなされ
てよく、その形状や組み合わせ等の如何を問わず、本発
明を適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は上述の構成により次のような著
大な効果を奏する。

【００３６】請求項１，２，３記載の本発明によれば、
サポート金具12と補強外被金具21とによって、リップ先
端部13ｂが内外両側から補強されているため、特に、高
圧下におけるリップ先端部13ｂの変形が少なくなり、そ
の最先端部14が回転軸32に対して線接触状態に密接し、
高いシール性（密封性）を確保することができると共
に、リップ部の摩耗が少なくなり耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す半截正面図であ
る。

【図２】要部拡大断面図である。

【図３】他の実施の形態を示す半截正面図である。

【図４】要部拡大断面図である。

【図５】別の実施の形態を示す半截正面図である。

【図６】要部拡大断面図である。

【図７】補強外被金具の変形例を示す要部断面図であ
る。

【図８】従来例の半截正面図である。

【符号の説明】

１アウターケース２内鍔部５ゴム製シール部材５ｂ立上り部（内鍔外被部）７第１シールエレメント８第２シールエレメント 12 サポート金具 13ａ円筒部（短円筒部） 13ｂリップ先端部 21 補強外被金具 31 ハウジング 32 回転軸 33 流体収納室Ａ勾配受け面Ｌ軸心 θ 傾斜角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者馬場健和歌山県有田市箕島663番地三菱電線工業株式会社箕島製作所内 (72)発明者藤井俊郎愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者横町尚也愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内Ｆターム(参考） 3J006 AE16 AE33 AE41 CA01 CA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと回転軸の間に介装され、該
回転軸に摺接するシールエレメントと、該シールエレメ
ントよりも流体収納室側に配設されて上記回転軸に摺接
するリップ先端部を有するゴム製シール部材と、を備え
た耐圧用回転軸シールに於て、該リップ先端部の内周面
がサポート金具に保持されると共に、その外周面には補
強外被金具が付設され、該リップ先端部が上記両金具に
よってサンドイッチ状に保持されていることを特徴とす
る耐圧用回転軸シール。
【請求項２】ハウジングと回転軸の間に介装され、該
回転軸に摺接するシールエレメントと、該シールエレメ
ントよりも流体収納室側に配設されて上記回転軸に摺接
するリップ先端部を有するゴム製シール部材とを、備え
た耐圧用回転軸シールに於て、該リップ先端部は該回転
軸の軸心に対して所定の傾斜角度を有し、かつ、該回転
軸の軸心に対して所定の傾斜角度を成す勾配受け面を有
するサポート金具を付設して、該サポート金具により、
上記流体収納室側へ次第に縮径する上記リップ先端部の
内周面から上記回転軸と平行な円筒部の内周面を経て該
回転軸に直交する方向に立ち上がる立上り部の背面を保
持させると共に、上記ゴム製シール部材のリップ先端部
の外周面から上記円筒部の外周面に至る部分を覆う補強
外被金具を付設して、該補強外被金具を、アウターケー
スの上記立上り部内に設けられた内鍔部に、一体的に連
設したことを特徴とする耐圧用回転軸シール。
【請求項３】ハウジングと回転軸の間に介装され、該
回転軸に摺接するシールエレメントと、該シールエレメ
ントよりも流体収納室側に配設されて上記回転軸に摺接
するリップ先端部を有するゴム製シール部材とを、備え
た耐圧用回転軸シールに於て、該リップ先端部は該回転
軸の軸心に対して所定の傾斜角度を有し、かつ、該回転
軸の軸心に対して所定の傾斜角度を成す勾配受け面を有
するサポート金具を付設して、該サポート金具により、
上記流体収納室側へ次第に縮径する上記リップ先端部の
内周面から上記回転軸と平行な円筒部の内周面を経て該
回転軸に直交する方向に立ち上がる立上り部の背面を保
持させると共に、上記ゴム製シール部材のリップ先端部
の外周面から上記円筒部の外周面を経て上記立上り部の
外面に至る部分を覆う補強外被金具を上記ゴム製シール
部材に一体に設けたことを特徴とする耐圧用回転軸シー
ル。